تصادم راه شيري با كهكشان آندرومدا

تصادم راه شيري با كهكشان آندرومدا
--------------------------------------------------------------------------------


فضا - ترجمه رضا میرزا رضایی:
ميلياردها سال بعد، كهكشان خانگي ما با همسايه بزرگ و نزديك خود برخورد خواهد كرد كه باعث ايجاد منظره‌اي بي همتا در اين گوشه از جهان پهناور خواهد شد.

سحابي بزرگ در صورت فلكي آندرومدا يكي از حيرت‌آورترين اجرامي‌است كه حتي با چشم غيرمسلح در آسمان نيمكره ي شمالي زمين ديده مي‌شود.

پدر شرايط مناسب، اين كهكشان به صورت لكه‌اي مه‌آلود با اندازه تقريبي نصف ماه بدر در 20 درجه‌اي كهكشان راه شيري جاي گرفته است.

----
كهكشان مارپيچي بزرگ M31 عظمت خود را در عكس‌هاي نجومي ‌نشان مي‌دهد. اما در آينده دور با چشم غير مسلح مي‌توان تا حدودي جزئياتي كه در اين عكس نمايان است را ديد. راه شيري و آندرومدا با هم برگروه محلي تسلط دارند؛ گروهي با بيش از 45كهكشان شناخته شده.
رويارويي نزديك: در بالا 4 مدار ممكن براي آندرومدا و راه شيري كشيده شده است كه هر كدام نظريات متفاوتي در مورد سرعت شعاعي و مماسي آندرومدا، جرم دو كهكشان و مركز جرم دو كهكشان مي‌دهد. اما هيچ شكي نيست كه اين دو جرم در حال نزديك شدن به هم هستند و به طور حتم يك رويارويي نزديك را در 3ميليارد سال آينده خواهند داشت. حتي اگر آنها همديگر را از مسير خارج كنند در عبور بعدي به هم برخورد خواهند كرد.
-----
طبق اطلاعات به‌دست آمده از عهد باستان، اين كهكشان براي اولين بار در قرن دهم پس از ميلاد توسط منجم ايراني، عبدالرحمان صوفي رازي، ديده شد كه او اين جرم را در كتاب صور الكواكب خود، ابر كوچك ناميد كه در جلوي دهانه صورت فلكي حوت قرار داشت.

اكنون ما مي‌دانيم كه اين بيضي مه‌آلود، در حقيقت يك كهكشان مارپيچي بزرگ است.

كهكشان آندرومدا يا Messier31 زادگاه ميلياردها ستاره با حدود 5/2 ميليون سال نوري فاصله از كهكشان ما، در حقيقت دورترين جرمي‌است كه مي‌توانيد با چشم غيرمسلح ببينيد.

اما نوري كه ما اكنون از اين كهكشان مي‌بينيم سفرخود را در دوران انسانهاي نخستين به سمت ما آغاز كرده است.

اين ابر كوچك نوراني در حالي كه ما را به گذشته متصل مي‌كند، همزمان ما را به آينده خود نيز علاقه‌مند مي‌كند.


دنباله‌هاي كشندي در كهكشان‌هاي الحاقي NGC4038 و NGC 4039 تا صدها و هزار‌ها سال كشيده شده‌اند. اختر شناسان اين مجموعه را با نام شاخك مي‌شناسند به خاطر شباهت زياد دنباله‌هاي كشندي به شاخك‌هاي حشرات. هر دو كهكشان بسيار شبيه به راه شيري و آندرومدا هستند.

حقيقتا، سرنوشت راه شيري و شايد خود زمين با اين كهكشان گره خورده است. شواهد نجومي‌اخير ثابت كرده كه اين دو كهكشان مارپيچي بزرگ در آينده به هم برخورد خواهند كرد كه باعث به هم پيوستن اين دو كهكشان در زماني حتي قبل از تبديل شدن خورشيد به يك غول سرخ مي‌شود.

روند ‌تصادم

كشف متغيرهاي قيفاووسي در M31 ادوين‌هابل را توانا ساخت تا بتواند فاصله زياد اين كهكشان مارپيچي كه خواهر راه‌شيري نيز ناميده مي‌شود را با ما، تخمين زده و با استفاده از آن چندي بعد نظريه جهان در حال انبساط را اعلام كند.

اما آندرومدا همراه تعدادي كهكشان‌هاي كوچكتر در گروه محلي خودمان از اين قانون‌ هابل پيروي نمي‌كنند. گر چه كهكشان‌هاي دورتر با سرعتهايي كه بستگي به فاصله‌شان دارند از ما دور مي‌شوند، آندرومدا و تعدادي از همسايگان ما به سمت ما در حال حركتند.


برخورد ميان دو كهكشان امروزه به دليل انبساط جهان كه كهكشان‌ها را از هم دور مي‌كند، بسيار نادر است. همان طور كه اين عكس از NGC 4676 از تلسكوپ فضايي ‌هابل نشان مي‌دهد، بر هم كنش‌هاي متقابل گرانشي دو كهكشان مي‌تواند بر نيروي انبساط جهان فائق شود و دو كهكشان را در يك برخورد سهمگين به يكديگر پيوند دهد. اين برخورد كه در 300 ميليون سال نوري زمين و در صورت فلكي غراب اتفاق افتاده نشان دهنده دنباله‌هاي كشندي مشخصي است.


هنگامي‌كه راه شيري به آندرومدا ملحق شود، مركز كهكشان جديد بسيار شبيه به مركز Arp 220 درصورت فلكي مار مي‌شود كه در اين عكس از ‌هابل نشان داده شده است. بيش از200 خوشه ستاره‌اي جوان كه از الحاق دو كهكشان به وجود آمده‌اند مانند لكه‌هاي سفيد- آبي در اين كهكشان الحاقي در 250 ميليون سال نوري از ما ديده مي‌شود.


نتيجه برخورد راه شيري با آندرومدا يك كهكشان بيضوي است كه بسيار شبيه به كهكشان‌NGC 5128 خواهد بود. اين عكس كه با تلسكوپ چهارمتري Blanco در چين گرفته شده است توسط كامپيوتر پردازش شده تا جزئيات نمايان شود، مخصوصاً مسير سياه و قوس‌هاي كشندي آبي باقي مانده از اين كهكشان كوچك.

بعد از اصلاحات در مورد حركت انتقالي خورشيد به دور مركز كهكشان، كهكشان آندرومدا با سرعتي تقريباً برابر 120 كيلومتر بر ثانيه به سمت راه‌شيري در حركت است.

Franz Kahn و Lodewijk Woltjer در سال 1959 اين اوضاع غير منتظره را درك كردند و با پيشنهادي شجاعانه اعلام كردند كه شايد آندرومدا و راه شيري از لحاظ گرانشي به هم مرتبط هستند، كه باعث ايجاد يك سيستم دوتايي كهكشاني شده است.

آنها اعلام كردند كه اين دو كهكشان بعد از انفجار بزرگ خيلي نزديك به هم شكل گرفته‌اند و بر اثر انبساط كيهاني از هم جدا شده‌اند. اين دو جرم پرستاره در حقيقت به خاطر وابستگي متقابل گرانشي كه دارند شروع به حركت به سمت يكديگر كرده‌اند.

اين ايده‌ها و محاسبات را با نام استدلال زمان‌بندي مي‌شناسند و اطلاعاتي از قبيل مجموع جرم حدود 7/4 تريليون جرم خورشيدي را بدست مي‌دهد. آنها مدعي بودند كه بايد منبع جرم ديگري اطراف كهكشان‌ها باشد، در حالي كه ستارگان، گازها و گرد و غبارها فقط 10درصد از اين مقدار را شامل مي‌شوند.

اين اولين اثبات براي وجود ماده سياه در گروه محلي ماست. تخمين‌هاي Kahn و Woltjer كه بر اساس استدلال زمان‌بندي بود، بسيار نزديك به مقادير امروزي هستند كه نشان دهنده حدود 3تريليون جرم خورشيدي است كه از تجزيه و تحليل حركت كهكشان‌هاي در حال چرخش پيرامون راه شيري و M31 به دست آمده است.

ستاره‌شناسان امروزي مي‌توانند استدلال زمان‌بندي را يك گام به جلو بياورند. آندرومدا در حال نزديك شدن است، اما چه موقع برخورد خواهد كرد؟ راه حل مداري (كه مداري با گريز از مركز زياد را متصور است) برخوردي در 3 ميليارد سال آينده از هم اكنون را پيش‌بيني مي‌كند.

شايد به نظر بسيار دور باشد اما بايد گفت كه اين پديده قبل از يك پديده قريب‌الوقوع ديگر اتفاق مي‌افتد، مرگ خورشيد ما. خورشيد يك كوتوله با رده طيفي G2 است كه عمري معمولي تقريبا برابر با 10 ميليارد سال دارد.

بايد گفت كه خورشيد هم اكنون 5 ميليارد ساله است و اگر اين كهكشانها مداري با گريز از مركز زياد مانند مدار يك دنباله دار داشته باشند، ستاره شناسان مي‌توانند با استفاده از فاصله و سرعت M31 طي 7/13ميليارد سال عمر جهان مدار حركت و از همه مهم‌تر جرم كل را حساب كنند.

ستاره‌شناسان نمي‌توانند زمان اين برخورد بزرگ را با دقت محاسبه كنند، اما سرانجام اين اتفاق خواهد افتاد. فرضيه مدار غيرعادي و برخورد، همگي بستگي به حركت غيرقابل پيش‌بيني يا سرعت مماسي كهكشان آندرومدا دارد.

اگرM31 حركت مماسي قابل پيش بيني داشته باشد، دو كهكشان ممكن است با فاصله چند صد هزار سال نوري از كنار هم بگذرند. اما از دست دادن انرژي مداري هنگام رويارويي نزديك باعث اين برخورد در چند ميليارد سال آينده خواهد شد.

از ابتداي استدلال زمان‌بندي، ستاره شناسان توانسته‌اند حركت كهكشان‌هاي گروه محلي را مدل‌سازي كنند.

هنگامي‌كه گرانش ديگر اعضاي گروه محلي و نيز اثرات كشندي گروه‌هاي‌ ديگر نزديك خود را در نظر بگيرند، سرعت مماسي آندرومدا را چيزي بين 0 تا 150 كيلومتر بر ثانيه تخمين مي‌زنند كه برابر حركتي از 0 تا 42ميكرو ثانيه قوسي در آسمان در هر سال مي‌شود.

ماموريت طيف سنجي ناسا يا ماموريت Gala در سازمان فضايي اروپا ممكن است بتوانند اين حركت را در هر ده سال نمايان كنند. اما هم اكنون اين موضوع ناشناخته است. عجالتاً برخورد روبرو بين راه شيري و آندرومدا واقعه‌اي مشخص است كه قبل از فنا شدن زمين انجام خواهد گرفت.

برخورد کهکشان‌ها

برخورد راه شيري و آندرومدا يك شگفتي بزرگ است كه ستاره‌شناسان را متوجه الحاق كهكشان‌ها در دور و نزديك كرده است. در حال حاضر اين پديده يك واقعه معمولي نيست.

تقريباً يكي در صدها كهكشان بزرگ در جهان‌هاي نزديك است كه در يك برخورد بزرگ شركت مي‌كند. اما اگر به عقب تر نگاهي بيندازيم، تعداد برخورد‌ها به طور چشمگيري افزايش مي‌يابد.

در عكس لكه‌هايي از گاز و ماده سياه منقبض شده توسط افت و خيز چگالي نخستين، در ابتدا با هم تلفيق شده و ساختارهاي بزرگتري مي‌سازند كه سرانجام تبديل به كهكشان مي‌شوند، فرايند برخورد و ملحق شدن هستند كه مكانيسم تولد و يا تكامل آنها را تشكيل مي‌دهند.


مولف و همكارانش توانسته‌اند شبيه‌سازي را از برخورد آندرومدا و راه شيري طراحي كنند. اين فريم‌ها تعامل دو كهكشان را در 44 ميليون سال نشان مي‌دهد. كهكشان‌ها به يك ديگر مي‌رسند و تشكيل دنباله و پل‌هاي كشندي را مي‌دهند. آنها سپس از يكديگر جدا مي‌شوند تا خود را براي برخورد دوم و الحاق آماده كنند. نتيجه به صورت يك كهكشان بيضوي احاطه شده توسط لايه‌ها و امواج است. هر فريم ناحيه‌اي به اندازه عرض 1 ميليون سال نوري و ارتفاع 590 هزار سال نوري را نشان مي‌دهد.

ادغام راه شيري و آندرومدا فقط گام ديگري است در فرايند مداوم شكل گرفتن ساختار‌هاي جديد. در حقيقت، در حالي كه ما برخورد كهكشانها را مخرب مي‌شماريم، بهتر است اين پديده به صورت يك دگرگوني نشان داده شود.

شبيه‌سازي‌هاي كامپيوتري نشان مي‌دهند كه الحاق دو كهكشان مارپيچي به ناچار منجر به تبديل شدن به يك كهكشان بيضوي است. گرچه هنوز بحث‌هاي زيادي در مورد اين كه همه كهكشان‌هاي بيضوي از اين راه شكل مي‌گيرند وجود دارد، اما بعضي از آنها از اين قانون پيروي مي‌كنند.

اخترشناسان شيفته بحث در مورد برخورد كهكشا‌نها و اثرات آنها در تكامل كهكشانها و كيهان شده‌اند. در اوايل سال1970، مطالعات گوناگون نشان داد كه رشته‌هاي ستارگان نزديك به جفت‌هاي كهكشان‌ها ناشي از برهمكنش‌هاي كشندي گرانشي آنها است.

دو برادر به‌نام‌هاي Alar Toomre از MIT و Juri Toomre از دانشگاه کلرادو که تحقيقات اوليه‌اي در اين باره انجام دادند و كمك شاياني به پيشرفت اين تحقيقات كردند، اين ساختارها را دنباله‌های كشندي و پل ناميدند.

كار آنها نشان مي‌دهد كه اين رشته‌ها چگونه شكل مي‌گيرند. در يك كهكشان مارپيچي منفرد، نيروي گرانشي مركزي سعي در اين دارد كه ستارگان را در مدارهايي به شكل دايره اطراف خود نگه دارد تا بتواند شكل صفحه‌اي خود را حفظ كند.

اما موقعي كه دو كهكشان نزديك هم مي‌آيند، نيروي كشندي آنها بسيار زياد مي‌شود كه مي‌تواند نيروي مركزي را خنثي كند.

در نتيجه ستارگان در دو سر مخالف كهكشان‌ها مانند سنگ‌هايي كه از ميلياردها قلاب سنگ رها مي‌شوند به سمت بيرون پرتاب مي‌شوند، جزئيات برخورد به جهت دو كهكشان هنگام برخورد بستگي دارد. اما عموماً حاصل برخورد يك الگوي كهكشاني مارپيچي با دو بازوي باز است.

در مدل‌ها، كهكشان‌هايي كه فقط شامل ستارگان هستند، بسيار زود به هم ملحق مي‌شوند (با يك گردش) و به شكل يك كهكشان بيضوي درمي‌آيند.

شايد غير قابل تصور باشد، اما ستارگان منفرد در اين الحاق به هم برخورد نمي‌كنند چون كه اندازه ستارگان نسبت به فاصله آنها از هم بسيار كوچك است. دو كهكشان كه از كنار هم مي‌گذرند مانند دو روح هستند كه در شب از كنار هم عبور مي‌كنند.

بر هم كنش نيروي گرانشي حاصل از دو كهكشان به طوري گسترش مي‌يابد كه دو كهكشان نهايتاً به هم مي‌پيوندند.

اما حدود 10درصد از جرم يك كهكشان مارپيچي واقعي به حالت گاز است كه اين كسر در اوايل تشكيل كهكشان بيشتر است. هنگامي ‌كه مدل ساز‌ها گاز را به شبيه سازي‌هاي خود اضافه كردند، فهميدند كه بلافاصله اين گازها به سمت هسته كهكشان الحاقي كشيده مي‌شوند و باعث به وجود آمدن ستارگان يكي پس از ديگري مي‌شوند.

اسناد، بسيار شبيه به انفجار ستارگان در كهكشان‌هاي ملحق شونده Arp 220 در صورت فلكي مار است.

كهكشان‌هاي بزرگتر همچنين داراي يك سياهچاله بسيار چگال در مركزشان هستند. طي الحاق دو كهكشان، دو سياهچاله به سمت مركز كهكشان بيضوي تازه شكل گرفته كشيده مي‌شوند و باعث به‌وجود آمدن يك دوتايي بسيار نزديك مي‌شوند كه باعث از دست دادن انرژي مداري و فرستاده شدن ستارگان به مدارهاي بلندتر مي‌شود.

گازهاي كشيده شده به داخل سياهچاله عظيم‌الجثه، تشكيل صفحه‌اي يكپارچه را مي‌دهد كه به طور باور نكردني شروع به درخشيدن مي‌كند كه مانند يك كوازار درخشان يا يك هسته فعال معمولي به نظر مي‌رسد.

تمام اين پديده‌هاي جذاب هنگام برخورد آندرومدا با راه شيري اتفاق مي‌افتد و خورشيد بايد از همه آنها جان سالم به در ببرد. براي گشتن به دنبال جزئيات بيشتر در مورد اين نمايشنامه، ما مجبوريم كه يك مدل بسازيم.

در يك دهه گذشته Chris Mihos ، Lars Hernquist و من مدل ساده‌اي از اجزاي سيستم راه شيري- آندرومدا كه نمايانگر جرم آن ستارگان و ماده سياه بودند ساختيم. هدف ما تحقيق در مورد خواص دنباله كشندي بود.

اين مدل شامل فاصله، سرعت شعاعي و جهت دو كهكشان و همچنين سرعت مماسي 20 كيلومتر در ثانيه در جهت گردش كهكشاني بود. اين شرايط كه اجازه رويارويي نزديكي كه باعث ايجاد دنباله كشندي بود را مي‌داد.

در طي سالها، من هر گاه كه ابركامپيوتر‌هاي جديد در دسترس بودند روي اين مدل كار كرده‌ام. ظاهراً به عنوان آزماينده مسئله كه مي‌توانستم به ماشين‌ها و برنامه‌هاي جديد دسترسي داشته باشم. اما بيشتر براي سرگرمي‌خودم بود.

شبيه‌سازي‌ها از حدود 30 هزار جزء در اواسط 1990 به 300 ميليون جزء رشد كرده‌اند كه در محاسبات اين مقاله به كار گرفته شده است. همچنين من نمايشي را از روي مدلمان طراحي كردم كه از منظر زمين است.

چگونگی برخورد

در حالي كه خورشيد به گردش خود دور هسته كهكشان ادامه مي‌دهد، و همچنان كه كهكشان ما به M31 نزديك مي‌شود، آسمان شب ما دائما به اجزاي كوچك تر قسمت مي‌شود.

در حالي كه گردش خورشيد تقريبا شبيه دايره است، شكل معروف راه شيري به طور قابل توجهي تغيير نمي‌كند. اما ابر كوچك صوفي تبديل به ابر بزرگ خواهد شد، و هر تماشاگر آسمان از نماي بسته كهكشان ديگري كه آسمان را در بر گرفته، لذت خواهد برد.

شكل و بافت آندرومدا مانند راه شيري خواهد بود، اما برآمدگي آن و بازوهاي مارپيچي آن به وضوح ديده خواهد شد.

هنگامي‌كه در 3 ميليارد سال بعد دو كهكشان هم‌پوشاني مي‌كنند، آندرومدا از نگاه ما از لبه و به صورت كج ديده مي‌شود و تشكيل يك اشتراك از دو كهكشان مانند راه شيري را در آسمان ما مي‌دهد.

سپس آندرومدا دور خواهد شد؛ اما نيروي كشندي قوي باعث ايجاد يك الگوي دو بازويي مارپيچي با دنباله‌ها كشندي طولاني مي‌شود. مانند آن چيزي كه ما در NGC 4038 و NGC4039 در صورت فلكي غراب مي‌بينيم.

كشيدن ‌هاله سياه راه شيري، انرژي مداري آندرومدا را كم مي‌كند و دور شدن آندرومدا را به چند صد هزار سال نوري محدود مي‌كند.M31 دوباره به سمت ما حركت خواهد كرد و اين دفعه در عرض چند صد ميليون سال به ما مي‌رسد.

اين بار برخورد روبه‌رو خواهد بود و دو كهكشان رويارويي‌هاي بسيار نزديك و سريعي با هم خواهند داشت كه 100ميليون سال به طول مي‌انجامد كه سرانجام به يك الحاق و تبديل به يك كهكشان بيضوي مي‌انجامد كه توسط يك پوشش خوب و مواج و دو دنباله كشندي بلند احاطه شده است.

دقيقاً بعد از اولين رويارويي، نيروي گرانشي مركب باعث آشفته شدن مدار خورشيد مي‌شود كه سبب فرو رفتن خورشيد به سمت قلب كهكشان مي‌شود.

آسمان شب ما دائماً در حال نوسان بين نگاه دور دو كهكشان مارپيچي تعامل كننده و آسماني متراكم و پر از ستارگان روشن خواهد بود در حالي كه ما در حال صعود به برآمدگي راه شيري هستيم.

شبيه‌سازي‌هاي ما شامل گازها نمي‌شود، اما نسخه مشابهي كه شامل تركيبي از گاز و ستارگان است هم اكنون در مركز آسمان نماي برخوردهاي كيهاني زمين و فضا در نيويورك درحال نمايش است.

برخورد دوديسك گازي به ناچار منجربه انفجار ستاره‌اي مي‌شود كه شمار ابرنواخترها را از حدود 2 عدد در هر قرن به يكي در هر سال مي‌رساند.

در حالي كه خورشيد از مركز كهكشان الحاقي مي‌گذرد ناظران مي‌توانند شاهد انفجار ساليانه ستارگان باشند كه مي‌تواند بسيار بيشتر از نورانيت ديگر ستارگان باشد.

احتمال كمي‌هم وجود دارد كه يك سوپرنوا(ابرنواختر)در نزديكي زمين منفجرشود و باعث به خطر انداختن حيات باقيمانده تا آن موقع بشود.

برخورد كهكشاني باعث ايجاد يك سياهچاله دو تايي بسيار نزديك مي‌شود كه در نهايت اعضاي آن با هم تركيب مي‌شوند. اما بر اساس محاسبات انجام شده سفر دروني آنها ممكن است ميليونها سال طول بكشد تا به اين سرنوشت دچار شوند.

با مدار جديد خورشيد، ستاره ما ممكن است از فاصله دوري از دوتايي بگذرد و تصويري را از افق حادثه سياه چاله و شايد رشد ديسك تازه متولد شده به ما بدهد.

حقيقتاً منظره جالبي براي تماشا خواهد بود اما ممكن است كه بسيار نزديك و تهديدآميز باشد. گرانش دو هيولاي دوقلو ممكن است خورشيد را از كهكشان خارج كند و به جايي ببرد كه بتواند تنها و آرام در فضاي بين كهكشاني بميرد.

افق اتفاق در يك سياهچاله بسيار چگال ممكن است به اندازه منظومه شمسي خودمان باشد، اما شانس كمي‌وجود دارد كه خورشيد در امتداد مرز يكي از اين كرانه‌ها قرار بگيرد.

در اين صورت تمام نشانه‌ها تمدن بشري به فراموشي سپرده خواهد شد و تنها يك اثر از ما باقي مي‌ماند: امواجي ناگهاني از تشعشعات گرانشي كه در كيهان با سرعت نور پخش مي‌شود.

حتي فكر كردن در مورد مرگ زمين بسيار غم انگيز است، اما ستاره‌شناس بريتانيايي Thomas Wright در قرن 18 طور ديگري فكر مي‌كرد.

در زماني كه علم آزادانه با دين تركيب شده بود، او مشتاقانه در مورد اين جهان پهناور و جايگاه ما در آن فكر مي‌كرد: در اين آفريده بزرگ آسماني، انحلال يك جهان، مانند جهان ما، و يا انحلال تمام سيستم جهان، ممكن است براي خالق بزرگ طبيعت بيشتر از اتفاقات عادي در زندگي با ما نباشد، و در هر حالت، اين روزهاي نحس ممكن است مانند هر تولد يا مرگ هريك از ما بر روي زمين مكرر باشد.

اين ايده مفهومي ‌بسيار خوشحال كننده در خود دارد. اين كه من هيچگاه نمي‌توانم بر فراز ستارگان نگاه كنم بدون اينكه در شگفت باشم كه چرا تمام جهان ستاره شناس نمي‌شوند.